[發明專利]油氣管道的安全監測系統、方法及分布式遠程監控系統

在審

• 申請號: 201310242707.9
• 申請日: 2013-06-18
• 公開（公告）號: CN104236750A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 陳博;馬瑩瑩;汪歆;許宗幸
• 申請（專利權）人: 上海光維通信技術股份有限公司
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G01K1/02;G01J1/02
• 代理公司: 上海弼興律師事務所 31283
• 代理人: 胡美強

技術領域

本發明涉及一種油氣管道的安全監測系統、方法及分布式遠程監控系統。

背景技術

管道運輸具有一次性投資少、運輸成本低、安全性高、利于環保等獨特優勢，尤其適合長距離運輸易燃易爆的石油和天然氣。近年來，隨著世界經濟的穩步增長以及世界各國對能源需求能力的提升，全球油氣管道的建設步伐也在加快，建設規模和建設水平都有很大程度的提高。隨著大慶、勝利、四川、華北、中原、青海、塔里木和吐哈等油氣田的相繼開發建設，我國油氣管道建設事業也取得了令人矚目的成就，已初步形成了“北油南運”、“西油東進”、“西氣東輸”、“海氣登陸”的油氣輸送格局。

但是，管道本身的缺陷、腐蝕、自然老化以及第三方破壞，都會造成油氣產品的流失、環境污染和人員傷害。隨著管道運輸業的不斷發展，為了維護管道的安全運行，防止管道泄漏，作為管道監測核心的安全監測和預警技術一直備受各國的關注和重視。

目前，國內外已有多種管道安全和泄漏的檢測技術和方法，主要有聲波檢測法、負壓波檢測法、應力檢測法等，存在靈敏度低、響應慢、定位精度差等缺點，在實際應用中難以滿足快速、準確定位管道安全與泄漏的要求。

發明內容

本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術中的油氣管道的安全監測方法靈敏度低、響應慢、定位精度差，在實際應用中難以快速監測到油氣管道異常并準確定位發生異常狀況如泄漏等的管道位置的缺陷，提出一種油氣管道的安全監測系統、方法及分布式遠程監控系統。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：

本發明提供了一種油氣管道的安全監測系統，其特點在于，包括一激光脈沖模塊、緊貼油氣管道敷設的至少一探測光纜、一光信號接收模塊和一處理模塊；

該激光脈沖模塊，用于向該至少一探測光纜中發射激光脈沖信號；

該光信號接收模塊，用于接收反射光信號并獲取相應的拉曼頻移量、背向反斯托克斯光功率和背向斯托克斯光功率，其中反射光信號為拉曼散射效應產生的背向散射光，該至少一探測光纜中的不同位置對應于不同的反射光信號；

該處理模塊，用于根據拉曼頻移量、背向反斯托克斯光功率和背向斯托克斯光功率判斷相應的反射光信號所對應的該至少一探測光纜中的一第一位置處的溫度是否和一正常溫度相同，并在判斷結果為否時生成一第一異常信息，該第一異常信息包括該第一位置的信息。

本領域技術人員應當理解，當光照射到物質上時會發生散射，散射光中除了與激發光波長相同的彈性成分外，還有比激發光的波長長的stokes光即斯托克斯光和比激發光的波長短的anti-stokes光即反斯托克斯光。由分子振動、固體中的光學聲子等元激發與激發光相互作用產生的非彈性散射稱為拉曼散射，所激發的光即為斯托克斯拉曼散射光和反斯托克斯拉曼散射光。在該至少一探測光纜中，該激光脈沖信號即激發光，在光纜中的任何位置都在發生拉曼散射，而光纜中的不同位置和激發光光源（即該激光脈沖模塊）之間的距離是不同的，因而不同位置的反射光信號可以通過接收的時間區分。可以通過公式S=Vt/2計算光纜中的位置，公式中S為和反射光對應的發生拉曼散射的位置到激發光光源的距離，V為泵浦光在光纜中的傳播速度，t為泵浦光在光纜中的傳輸往返時間。并且容易理解的，當油氣管道中某處發生泄漏時，由于管道中的油氣和管道外的環境溫度是不同的，泄漏會造成該至少一探測光纜的某一位置的溫度發生變化，而溫度變化會影響到該位置的拉曼散射，從而能夠通過相應的反射光信號檢測到溫度的變化。

由物理學原理可知，拉曼效應的機制和熒光現象不同，并不吸收激發光，因此不能用實際的上能級來解釋，而是可以采用虛的上能級概念來說明拉曼散射效應。假設散射物分子原來處于電子基態，當受到入射光照射時，激發光與此分子的作用引起極化可以看作虛的吸收，表述為電子躍遷到虛態，虛能級上的電子立即躍遷到下能級而發光，即為散射光。散射光中既有與入射光頻率相同的譜線，也有與入射光頻率不同的譜線，前者稱為瑞利譜線，后者稱為拉曼譜線。在拉曼譜線中，又把頻率小于入射光頻率的譜線稱為斯托克斯譜線，而把頻率大于入射光頻率的譜線稱為反斯托克斯譜線。該背向反斯托克斯光功率和該背向斯托克斯光功率即分別對應于該反斯托克斯譜線和該斯托克斯譜線。該拉曼頻移量即散射光頻與激發光頻之差。

較佳地，該處理模塊根據以下公式計算該第一位置處的溫度：